JP6957765B2 - High-speed multi-hop network with beamforming - Google Patents

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Description

[0001] 本発明は、一般に、ビームフォーミングを用いる無線マルチホップネットワークに関する。特に、本発明は、地理的エリア内の全てのノードをサポートするのに必要な基地局の数を低減するとともに、高速データ伝送及びリンク障害許容力をサポートするようなネットワークに関する。 [0001] The present invention generally relates to wireless multi-hop networks using beamforming. In particular, the present invention relates to networks that reduce the number of base stations required to support all nodes in a geographic area while supporting high speed data transmission and link fault tolerance.

[0002] 常に、大きい地理的エリアにわたって、例えば、辺地に散在する多数のユーザ端末（ＵＴ）への移動体通信及びインターネット接続を提供する必要がある。衛星通信は、一般に、大きい地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするための好ましいオプションと考えられるが、衛星通信システムを構築することは、通常、手頃なものではない。代替的に、地上波通信システムが、より実際的に手頃なオプションである。それにも関わらず、かなりの数の基地局（ＢＳ）を設置して、大きい地理的エリアにわたってＵＴをサポートする必要があり、各ＢＳは、通常、例えば３０ｋｍの直径を有するマクロセルをカバーするためのハイタワーベースのＢＳである。このようなＢＳを確立することは、コストがかかる。同じ地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするのに必要なＢＳの数を低減する又は最小にすることができるような通信技術を有することが望ましく且つ実際に有利である。 [0002] There is always a need to provide mobile communications and internet connections over large geographic areas, for example to a large number of user terminals (UTs) scattered in remote areas. Satellite communications are generally considered the preferred option for supporting multi-user communications over large geographic areas, but building satellite communications systems is usually not affordable. Alternatively, terrestrial communication systems are a more practically affordable option. Nevertheless, a significant number of base stations (BSs) need to be installed to support UTs over large geographic areas, each BS typically for covering macrocells with a diameter of, for example, 30 km. It is a high tower based BS. Establishing such a BS is costly. It is desirable and practically advantageous to have a communication technology that can reduce or minimize the number of BSs required to support multi-user communication over the same geographic area.

[0003] 本発明では、無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法を提供する。前記ネットワークは、地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含む。前記ノードは、１つ又はそれ以上のＢＳと、複数のユーザノードとからなる。前記１つ又はそれ以上のＢＳは、コアネットワーク（ＣＮ）に接続される。前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含む。本方法の実施形態による個別のユーザノードの動作の詳細は、以下の段落で説明する。本発明は、また、ユーザノードの各々が、個別のユーザノードの動作の詳細について本明細書で開示される実施形態のいずれかにより実行するように構成されるネットワークを提供する。 [0003] The present invention provides a method for operating a wireless multi-hop communication network. The network includes a plurality of nodes distributed over a geographical area. The node consists of one or more BSs and a plurality of user nodes. The one or more BSs are connected to the core network (CN). Each of the nodes includes an antenna array for adaptive beamforming. Details of the operation of individual user nodes according to the embodiment of this method will be described in the following paragraphs. The present invention also provides a network in which each of the user nodes is configured to perform in any of the embodiments disclosed herein in detail of the operation of the individual user nodes.

[0004] 個別のユーザノードは、その前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別する。前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能である。 [0004] An individual user node scans the surrounding area of the individual user node by its antenna array to identify a subset of the node. Each node in the subset is a reachable node that is wirelessly communicable with said individual user node and includes directly or in between at least one other user node via communication with at least one BS. It is possible to connect to the CN indirectly via a route.

[0005] 前記個別のユーザノードは、前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定する。前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を含む。 [0005] The individual user nodes determine a plurality of node-specific information items for the individual reachable nodes within the subset. The node specific information item includes a distance value for indicating the degree of distance of the location between the individual reachable node and the individual user node.

[0006] 次に、前記個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにする。前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっている。これによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができる。 [0006] Next, the individual user node selects a target reachable node so that data communication between the individual user node and the CN is performed via the target reachable node. do. The target reachable node is selected from the subset of the nodes and has the lowest distance value of one or more reachable nodes in the subset of the one or more BSs. When not all are directly communicable with the individual user node, the individual user node still communicates with the CN by multi-hop communication to at least one BS via the target reachable node. It has become possible. This compares the total number of one or more BSs sufficient to support data communication between the CN and all the user nodes with a scenario without multi-hop communication over the same geographic area. And can be reduced.

[0007] 前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードは、その前記アンテナアレイを前記ターゲット到達可能ノードに向くように構成し、その後、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信する。 [0007] When the individual user node has data to be transferred to the CN, the individual user node configures the antenna array to point towards the target reachable node, after which the data is transferred to the CN. Send to target reachable node.

[0008] 好ましくは、前記個別のユーザノードは、前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返す。 [0008] Preferably, the individual user node scans the surrounding area to update the subset and, after the update, determines the plurality of node specific information items for each reachable node in the subset. And updating the selected target reachable node are periodically repeated.

[0009] 前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、好ましくは、前記個別のユーザノードは、前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信する。その結果、前記ネットワークを障害許容力及び自己回復力があるものにする。 [0009] When the target reachable node is unable to receive the data transmitted from the individual user node due to a link failure, the individual user node preferably by destroying the target reachable node. The subset is updated to select the next target reachable node, the antenna array of the individual user node is reconfigured to face the next target reachable node, and the data is reconfigured to point to the next target reachable node. Resend to the target reachable node of. As a result, the network is made fault tolerant and self-healing.

[0010] 一実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。 [0010] In one embodiment, the node-specific information item further includes an available capacity value to indicate the available data transmission capacity supported by the individual reachable node. When the subset has multiple reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user nodes use the highest available capacity value to reach the target from the plurality of reachable nodes. Select.

[0011] 別の実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。 [0011] In another embodiment, the node specific information item further includes a node mobility value for indicating the moving speed of the individual reachable node. When the subset has a plurality of reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user node uses the lowest node mobility value to select the target reachable node from the plurality of reachable nodes. select.

[0012] 更なる実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。 [0012] In a further embodiment, the node specific information item further includes a link up-to-date value to indicate how recently the individual reachable node has been communicating with the individual user node. When the subset has a plurality of reachable nodes having the same lowest distance value, the individual user node uses the highest link latest value to select the target reachable node from the plurality of reachable nodes. select.

[0013] 好ましくは、前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにする。これにより、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する。前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムとすることができる。 [0013] Preferably, the data transmitted to the target reachable node is packetized as a datagram according to the IP protocol so that the transmitting data can be routed between the target reachable node and the CN. , Make it invisible to the individual user nodes. This frees the individual user node from the burden of processing a link failure event during data transmission between the target reachable node and the CN. The datagram can be an IPv6 datagram.

[0014] 本発明の他の態様は、以下、実施形態によって例示されるように、開示される。 [0014] Other aspects of the invention are disclosed below, as illustrated by embodiments.

[0015] 別個の図の全体を通じて同様の参照番号が同じ又は機能的に類似する要素を指し、また、以下の詳細な説明と共に、本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、様々な実施形態を例示するとともに本実施形態による様々な原理及び利点を説明するのに役立つ。 [0015] Reference numbers that are similar throughout a separate figure refer to elements that are the same or functionally similar, and the accompanying drawings that are incorporated herein by reference and are part of it, with the following detailed description. , It is useful to illustrate various embodiments and to explain the various principles and advantages of this embodiment.

本発明の例示的な実施形態による無線マルチホップ通信ネットワークを示す図である。It is a figure which shows the wireless multi-hop communication network by an exemplary embodiment of this invention. ＢＳ又はユーザノードとすることができるノードの概略図である。It is a schematic diagram of a node which can be a BS or a user node. 本発明の例示的な実施形態による各ユーザノードを作動させるためのフローチャートである。It is a flowchart for operating each user node by an exemplary embodiment of the present invention. 各到達可能ノードのためのノード特定情報項目のリストの一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the list of a node specific information item for each reachable node.

[0020] 当業者であれば、図中の要素は簡単化及び明瞭化のために示されるものであり、必ずしも縮尺通りではないと理解するであろう。 Those skilled in the art will appreciate that the elements in the figure are shown for simplicity and clarity and are not necessarily on scale.

[0021] 以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示にすぎず、本発明又は本発明の適用及び用途を限定することを意図するものではない。更に、前述の本発明の背景又は以下の詳細な説明に提示されるいかなる理論によっても束縛されるものではない。 [0021] The following detailed description is essentially merely exemplary and is not intended to limit the application or use of the present invention or the present invention. Furthermore, it is not bound by any theory presented in the background of the invention described above or in the detailed description below.

[0022] 大きい地理的エリアにわたってマルチユーザ通信システムを構築するときには、いくつかのＢＳをセットアップし、高速ファイババックホールネットワークを設置して、これらのＢＳをＣＮに接続する必要がある。ＢＳは、通常、大きい地理的エリアをまとめてカバーするためのハイタワーベースのＢＳである。ＢＳの設置には、時間とコストの両方がかかる。更に、ファイババックホールネットワークを設置するコストは、一般に、ＢＳの数が増加されるにつれて、増加する。地理的エリアにわたってサポートすることができるユーザの数を犠牲にすることなく、マルチユーザ通信システム内のＢＳの数を低減することは、常に、通信システムをセットアップする際の時間及びコストを低減する点において望ましい。本発明者らは、以下に詳述するように、マルチホップ通信とビームフォーミングとの組み合わせによって、従来のセルラ移動体通信技術と比較して、同じ地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするためのＢＳの数を低減することができることを見出した。 [0022] When constructing a multi-user communication system over a large geographic area, it is necessary to set up several BSs and install a high speed fiber backhaul network to connect these BSs to the CN. BSs are usually high tower-based BSs for collectively covering large geographic areas. Installing a BS is both time consuming and costly. Moreover, the cost of installing a fiber backhaul network generally increases as the number of BSs increases. Reducing the number of BSs in a multi-user communication system without sacrificing the number of users that can be supported across geographic areas always reduces the time and cost of setting up the communication system. Desirable in. To support multi-user communication over the same geographic area by combining multi-hop communication and beamforming, as described in detail below, as compared to conventional cellular mobile communication technology. We have found that the number of BSs can be reduced.

[0023] 以下の定義は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる。「ノード」は、無線メッセージを送受信することができる無線局を意味する。「基地局」は、ＣＮ（コアネットワーク）に接続可能であるノードである。ＣＮの例は、移動体通信システムのＥｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅである。ＣＮは、通常、インターネットにアクセスできる。通常、ＢＳは、移動体通信サービスプロバイダによって作動される。「ユーザノード」は、ＢＳではないノードである。通常、ユーザノードは、移動体通信サービスプロバイダによって作動されるＢＳと通信することによって、このプロバイダによって提供されるサービスを用いる通信デバイスである。ユーザノードは、固定されたもの、例えば住宅に設置される無線局、又は移動体、例えばスマートフォンとすることができる。 [0023] The following definitions are used herein and in the appended claims. "Node" means a radio station capable of sending and receiving radio messages. A "base station" is a node that can be connected to a CN (core network). An example of CN is the Evolved Packet Core of a mobile communication system. CNs usually have access to the internet. Usually, the BS is operated by a mobile communication service provider. A "user node" is a node that is not a BS. Typically, a user node is a communication device that uses a service provided by a mobile communication service provider by communicating with a BS operated by that provider. The user node can be a fixed one, such as a radio station installed in a house, or a mobile body, such as a smartphone.

[0024] 本発明は、地理的エリア内のユーザノードをサポートするために用いられるＢＳの数を、マルチホップ通信を用いない通信システムと比較して、低減するという利点を有する無線マルチホップ通信ネットワークを提供する。本発明は、また、このネットワークを作動させるための方法を提供する。 [0024] The present invention has the advantage of reducing the number of BSs used to support user nodes in a geographic area as compared to communication systems that do not use multihop communication. I will provide a. The present invention also provides a method for operating this network.

[0025] 図１は、本発明において本明細書で開示されるネットワークの例示的な実施形態による無線マルチホップ通信ネットワーク１００を示す。ネットワーク１００は、地理的エリア１０にわたって分散される複数のノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９を含む。全てのノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９は、ＢＳ１１１〜１１３及び複数のユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９に分割される。特に、ＢＳ１１１〜１１３は、ＣＮ２０に接続される。図１には、本発明を例示するために、３つのＢＳが示されているが、本発明は、この数のＢＳに限定されるものではなく、少なくとも１つのＢＳを有しさえすればよい。特に、ノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９の各々は、適応ビームのためのアンテナアレイを有する。 [0025] FIG. 1 shows a wireless multi-hop communication network 100 according to an exemplary embodiment of the network disclosed herein in the present invention. The network 100 includes a plurality of nodes 111-113, 120-122, 131-149 distributed over the geographical area 10. All nodes 111-113, 120-122, 131-149 are divided into BS 111-113 and a plurality of user nodes 120-122, 131-149. In particular, BS111-113 are connected to CN20. Although three BSs are shown in FIG. 1 to illustrate the present invention, the present invention is not limited to this number of BSs, and only needs to have at least one BS. .. In particular, each of the nodes 111-113, 120-122, 131-149 has an antenna array for the adaptive beam.

[0026] 図２は、ノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９のいずれか１つである個別のノード４００の構造を例示するための概略図である。個別のノード４００のアンテナアレイ４３０は、適応ビームを実行するための複数のアンテナ要素４４０を含む。無線ビームを特定の方向又は所望のノードに向けるために、１つ又はそれ以上のプロセッサ４１０を用いて、アンテナ要素４４０の各々の信号利得を計算する。計算された信号利得に基づいて、１つ又はそれ以上のトランシーバ４２０を用いて、特定の方向に向く無線信号を生成する。高度に集束された無線ビームを有することによって、上記の特定の方向ではない他のノードへの干渉が最小にされる。これにより、ネットワーク１００の全てのノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９の間の通信リンクが、より容易に確立されるということになる。この利点を利用して、ネットワーク１００の形成及び作動を実現可能にする。更に、ビームを所望のノードに集束させることによって、信号において無線電力をより良く利用することによって、所与のエラー確率の下、データ伝送速度を向上させる。ネットワーク１００は、高速データ伝送をサポートするために実現可能である。 [0026] FIG. 2 is a schematic diagram for exemplifying the structure of an individual node 400, which is any one of nodes 111-113, 120-122, and 131-149. The antenna array 430 of the individual nodes 400 includes a plurality of antenna elements 440 to carry out the adaptive beam. One or more processors 410 are used to calculate the signal gain of each of the antenna elements 440 in order to direct the radio beam in a particular direction or to the desired node. Based on the calculated signal gain, one or more transceivers 420 are used to generate a radio signal oriented in a particular direction. Having a highly focused radio beam minimizes interference with other nodes that are not in the particular direction mentioned above. As a result, communication links between all the nodes 111-113, 120-122, 131-149 of the network 100 are more easily established. Utilizing this advantage, the formation and operation of the network 100 can be realized. In addition, by focusing the beam on the desired node, better utilization of radio power in the signal will improve the data transmission rate under a given error probability. The network 100 is feasible to support high speed data transmission.

[0027] 以下、図３を用いて、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９の１つである個別のユーザノードの動作の詳細を説明するが、図３は、本発明において本明細書で開示される無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法の例示的な実施形態による個別のユーザノードを作動させるフローチャートを示す。 [0027] Hereinafter, the details of the operation of the individual user nodes, which are one of the user nodes 120 to 122 and 131 to 149, will be described with reference to FIG. 3, but FIG. 3 is disclosed herein in the present invention. FIG. 3 shows a flow chart for activating individual user nodes according to an exemplary embodiment of a method for activating a wireless multi-hop communication network.

[0028] ステップ５１０、５２０及び５３０は、個別のユーザノードによって、任意の隣接するノードを発見し、最適なノードを選択することに関する。 [0028] Steps 510, 520 and 530 relate to discovering any adjacent node and selecting the most suitable node by individual user nodes.

[0029] ステップ５１０では、個別のユーザノードは、そのアンテナアレイによって、個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、ノード（ＢＳ及びユーザノードの両方を含む）のサブセットを識別する。サブセット内の各ノードは、個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、ＣＮに接続可能である。図１を参照して、以下のように、いくつかの例を示す。ＢＳと個別のユーザノードとの間に直接見通し線経路が無い場合、ＢＳと個別のユーザノードとの間の直接通信は、多くの場合、特に高速データ伝送が必要であるとき、可能ではないが、１つ又はそれ以上の他のユーザノードを介する間接通信は、依然として可能であることに留意されたい。間接的なマルチホップ通信を用いることによって、ユーザノードとのデータ通信をサポートするためにＢＳによって提供されるカバレッジエリアは、効果的に拡大される。 [0029] In step 510, the individual user nodes scan the surrounding area of the individual user nodes by their antenna array to identify a subset of the nodes (including both BS and user nodes). Each node in the subset is a reachable node that is wirelessly communicable with the individual user nodes and includes routes either directly through communication with at least one BS or with at least one other user node in between. It is possible to connect to the CN indirectly via. With reference to FIG. 1, some examples are shown as follows. If there is no direct line-of-sight path between the BS and the individual user nodes, direct communication between the BS and the individual user nodes is often not possible, especially when high speed data transmission is required. Note that indirect communication via one or more other user nodes is still possible. By using indirect multi-hop communication, the coverage area provided by the BS to support data communication with the user node is effectively expanded.

[0030] 第１の例においてユーザノード１３７について検討する。ユーザノード１３７は、ユーザノード１３７のアンテナアレイによって探索可能なスキャンエリア３３７を有し、スキャンエリア３３７は、図１に明示的に描かれている。スキャンエリア３３７内で、隣接するノード１３６、１３８が識別される。隣接するノード１３６、１３８は、それぞれ、通信リンク２４１、２４２を介して、ユーザノード１３７と直接通信可能である。ユーザノード１３６は、いずれのＢＳにも接続可能ではないが、ユーザノード１３８は、ユーザノード１２１、１３９を含むルートを介してＢＳ１１３に接続可能であるので、ユーザノード１３７によって識別されるサブセットは、ユーザノード１３８のみを含むが、ユーザノード１３６を含まない。 [0030] Consider user node 137 in the first example. The user node 137 has a scan area 337 that can be searched by the antenna array of the user node 137, and the scan area 337 is explicitly depicted in FIG. Within the scan area 337, adjacent nodes 136 and 138 are identified. The adjacent nodes 136 and 138 can directly communicate with the user node 137 via the communication links 241 and 242, respectively. Although user node 136 is not connectable to any BS, user node 138 is connectable to BS 113 via a route that includes user nodes 121 and 139, so that the subset identified by user node 137 is Includes only user node 138, but does not include user node 136.

[0031] 第２の例では、ユーザノード１２０について検討する。ユーザノード１２０は、隣接するノード１３１、１３２、１１１が、それぞれ、通信リンク２１１、２１２、２１３を介して無線到達可能であることを見つける。隣接するノード１３１、１３２は、それぞれ、ＢＳ１１２、１１１に接続可能である。隣接するノード１１１は、ＢＳ１１１そのものである。したがって、ユーザノード１２０によって決定されるサブセットは、ＢＳ１１１及びユーザノード１３１、１３２を含む。 In the second example, the user node 120 will be considered. The user node 120 finds that the adjacent nodes 131, 132, 111 are wirelessly reachable via communication links 211, 212, 213, respectively. Adjacent nodes 131 and 132 can be connected to BS 112 and 111, respectively. The adjacent node 111 is the BS 111 itself. Therefore, the subset determined by user node 120 includes BS111 and user nodes 131, 132.

[0032] 第３の例においてユーザノード１４８について検討する。ユーザノード１４８は、通信リンク２５１を介して、ＢＳ１１２のみに接続可能である。したがって、ユーザノード１４８によって識別されるサブセットは、ＢＳ１１２のみを含む。 [0032] Consider user node 148 in the third example. The user node 148 can be connected only to the BS 112 via the communication link 251. Therefore, the subset identified by user node 148 includes only BS112.

[0033] ステップ５２０では、個別のユーザノードは、サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定する。ノード特定情報項目の各々は、個別の到達可能ノードの特定の態様に関するデータを含む。ノード特定情報項目は、個別の到達可能ノードと個別のユーザノードとの間の距離、より一般的にはその間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を少なくとも含む。一実施形態では、個別のユーザノードが無線信号の送信電力レベルを認識しているとすれば、遠さ値は、個別のユーザノードによって受信され個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて決定される。受信信号強度及び送信電力レベルに基づいて、個別のユーザノードと個別の到達可能ノードとの間の距離を推定することによって、推定された距離を、遠さ値として用いることができる。代替的に、送信電力レベルと受信信号強度との比を、遠さ値として用いることもできる。 [0033] In step 520, the individual user nodes determine a plurality of node-specific information items for the individual reachable nodes in the subset. Each node-specific information item contains data regarding a particular aspect of an individual reachable node. The node-specific information item includes at least a distance value to indicate the degree of distance between individual reachable nodes and individual user nodes, and more generally the distance between them. In one embodiment, if the individual user nodes are aware of the transmission power level of the radio signal, the distance value is the signal of the radio signal received by the individual user nodes and transmitted from the individual reachable nodes. Determined according to strength. The estimated distance can be used as the distance value by estimating the distance between the individual user nodes and the individual reachable nodes based on the received signal strength and the transmit power level. Alternatively, the ratio of the transmitted power level to the received signal strength can be used as the distance value.

[0034] 上記の第２の例について検討する。ユーザノード１２０の場合、識別されたサブセットには、３つの到達可能ノード１３１、１３２、１１１がある。図１には、到達可能ノード１３１がユーザノード１２０に最も近く、到達可能ノード１３２が２番目に近く、到達可能ノード１１１がユーザノード１２０から最も遠いことが示されている。ユーザノード１２０からの分離において、到達可能ノード１３１、１３２、１１１をランク付けする目的のために、遠さ値が割り当てられる。したがって、到達可能ノード１３１、１３２、１１１の遠さ値には、それぞれ、１、２及び３の値が割り当てられる。１の遠さ値は、到達可能ノード１３１がユーザノード１２０に最も近いことを示す。 [0034] Consider the second example above. For user node 120, the identified subset includes three reachable nodes 131, 132, 111. FIG. 1 shows that reachable node 131 is closest to user node 120, reachable node 132 is second closest, and reachable node 111 is farthest from user node 120. Distance values are assigned for the purpose of ranking reachable nodes 131, 132, 111 in isolation from user node 120. Therefore, the distance values of reachable nodes 131, 132, and 111 are assigned values 1, 2, and 3, respectively. A distance value of 1 indicates that the reachable node 131 is closest to the user node 120.

[0035] 個別のユーザノードと識別された到達可能ノードとの間の物理的距離は、両方のノードが全地球測位システム（ＧＰＳ）ロケーション決定デバイスを備える場合及び識別された到達可能ノードがそのロケーション情報を個別のユーザノードに提供する場合に、正確に推定することができる。そうでない場合、物理的距離は、通常、正確に測定することが容易ではなく、測定された距離は、一般に、大きく変化しやすい。測定された距離が近すぎて、個別のユーザノードが、どの到達可能ノードが個別のユーザノードにより近いかを許容信頼レベルで決定することができないような到達可能ノードが複数存在することが起こる場合がある。このような場合、個別のユーザノードは、これらの到達可能ノードに同じ遠さ値を割り当てることができる。 [0035] The physical distance between an individual user node and the identified reachable node is determined when both nodes are equipped with a Global Positioning System (GPS) location determination device and where the identified reachable node is. It can be estimated accurately when the information is provided to individual user nodes. Otherwise, physical distances are usually not easy to measure accurately, and measured distances are generally prone to large variations. When the measured distance is too close and there are multiple reachable nodes where the individual user nodes cannot determine at the acceptable trust level which reachable node is closer to the individual user node. There is. In such cases, individual user nodes can assign the same distance value to these reachable nodes.

[0036] ステップ５３０では、個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを選択して、個別のユーザノードとＣＮ２０との間のデータ通信が、ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにする。ターゲット到達可能ノードは、ノードのサブセットから選択され、サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有する。ネットワーク１００内のＢＳ１１１〜１１３の全てが、個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、個別のユーザノードが、ターゲット到達可能ノードを介するＢＳ１１１〜１１３の少なくとも１つへのマルチホップ通信によって、ＣＮ２０と依然として通信可能であることに留意されたい。この構成によって、ＣＮ２０と全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９との間のデータ通信をサポートするのに十分なＢＳの総数を、同じ地理的エリア１０にわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、有利に低減させる。 [0036] In step 530, the individual user node selects the target reachable node so that data communication between the individual user node and the CN20 is performed via the target reachable node. The target reachable node is selected from a subset of nodes and has the lowest distance value of one or more reachable nodes in the subset. When not all of the BS 111-113 in the network 100 are directly communicable with the individual user nodes, the individual user nodes multihop to at least one of the BS 111-113 via the target reachable node. Note that communication is still possible with CN20. This configuration compares the total number of BSs sufficient to support data communication between the CN20 and all user nodes 120-122, 131-149 compared to a scenario without multi-hop communication over the same geographic area 10. And reduce it advantageously.

[0037] 第２の例について再び検討する。到達可能ノード１３１は、３つの到達可能ノード１３１、１３２、１１１の中で最も低い遠さ値を有する。したがって、到達可能ノード１３１は、ユーザノード１２０がＣＮ２０に送信すべきデータを有するとき、データ通信を行うためのターゲット到達可能ノードとして、ユーザノード１２０によって選択される。 [0037] Consider the second example again. The reachable node 131 has the lowest distance value among the three reachable nodes 131, 132, 111. Therefore, the reachable node 131 is selected by the user node 120 as the target reachable node for performing data communication when the user node 120 has data to be transmitted to the CN 20.

[0038] 上記のように、複数の到達可能ノードが同じ遠さ値を有する可能性がある。これらの到達可能ノードの遠さ値のみに基づいて、ターゲット到達可能ノードを選択することはできない。ステップ５３０では、好ましくは、個別のユーザノードは、別のノード特定情報項目によって、同じ遠さ値を有するこれらの複数の到達可能ノードの中からターゲット到達可能ノードを決定する。 [0038] As mentioned above, multiple reachable nodes may have the same distance value. Target reachable nodes cannot be selected based solely on the distance values of these reachable nodes. In step 530, preferably, the individual user nodes determine the target reachable node from among these plurality of reachable nodes having the same distance value by another node specific information item.

[0039] 図４は、個別のユーザノードによって識別される到達可能ノードのためのノード特定情報項目のリスト６００の一実施形態を示す。リスト６００では、到達可能ノードの識別情報６１０、及び個別のユーザノードのアンテナアレイが到達可能ノードを位置決めするための指示方向６２０は、ターゲット到達可能ノードを選択する目的のために使用できない。遠さ値６３０とは別に、ターゲット到達可能ノードを選択するために使用できる他のノード特定情報項目は、利用可能容量値６４０、ノードモビリティ値６５０、及びリンク最新値６６０を含む。 [0039] FIG. 4 shows an embodiment of Listing 600 of node-specific information items for reachable nodes identified by individual user nodes. In Listing 600, the reachable node identification information 610 and the instruction direction 620 for the antenna array of the individual user node to position the reachable node are not available for the purpose of selecting the target reachable node. Apart from the distance value 630, other node specific information items that can be used to select the target reachable node include the available capacity value 640, the node mobility value 650, and the link latest value 660.

[0040] 利用可能容量値６４０は、個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量の表示である。この容量のサイズは、通常、考慮中の到達可能ノードから初期セットアップ時の個別のユーザノードに送信される。この容量は、個別のユーザノードによって用いられて、利用可能容量値６４０を決定する。更に、利用可能容量値６４０は、到達可能ノードが受ける負荷状態、到達可能ノード及びＣＮ２０からデータを送信する際のネットワーク１００の一部のトラフィック状態等などの追加の要因を考慮することによって、決定することができる。より高い利用可能容量値は、個別のユーザノードがこの到達可能ノードにデータを送信するとき、この到達可能ノードが、より大きいデータ伝送容量又は帯域幅を有し、したがって、これをターゲット到達可能ノードとして選択するのがより好ましいことを示す。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。 [0040] The available capacity value 640 is an indication of the available data transmission capacity supported by the individual reachable nodes. The size of this capacity is typically sent from the reachable node under consideration to a separate user node during initial setup. This capacity is used by individual user nodes to determine the available capacity value 640. Further, the available capacity value 640 is determined by considering additional factors such as the load condition received by the reachable node, the traffic condition of a part of the network 100 when transmitting data from the reachable node and the CN20, and the like. can do. The higher available capacity value is that when an individual user node sends data to this reachable node, this reachable node has a larger data transmission capacity or bandwidth and therefore targets this reachable node. Indicates that it is more preferable to select as. In one embodiment, when the subset of nodes determined in step 510 has multiple reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user nodes will have the highest available capacity value in step 530. Use to select a target reachable node from the plurality of reachable nodes.

[0041] 第４の例においてユーザノード１２１について検討する。ユーザノード１２１は、隣接するノード１３９、１３８、１３３が、それぞれ、通信リンク２２１、２２２、２２３を介して無線到達可能であることを見つける。隣接するノード１３３、１３８は、ＢＳ１１１に接続可能である。隣接するノード１３９は、ＢＳ１１３に接続可能である。したがって、ユーザノード１２１によって決定されるサブセットは、ユーザノード１３９、１３８、１３３を含む。図１には、２つの到達可能ノード１３８、１３９が、ユーザノード１２１から同様の距離を有し、他の到達可能ノード１３３よりもユーザノード１２１に近いことが示されている。したがって、ユーザノード１２１は、２つの到達可能ノード１３８、１３９に、同じ１の遠さ値を割り当て、一方、到達可能ノード１３３には、高い２の遠さ値が割り当てられる。更に、図１から、通信リンク２２１が、他の２つの通信リンク２２２、２２３よりも高いデータ伝送速度を有することが分かる。したがって、ユーザノード１２１は、２、１、１の利用可能容量値を、それぞれ、到達可能ノード１３９、１３８、１３３に割り当てる。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、まず、２つの到達可能ノード１３９、１３８が、同じ最も低い１の遠さ値を有するので、候補として選択される。２つの候補のうち、到達可能ノード１３９が、到達可能ノード１３８の対応する利用可能容量値（すなわち、１）よりも高い利用可能容量値（すなわち、２）を有するので、ターゲット到達可能ノードとして選択される。 [0041] Consider the user node 121 in the fourth example. User node 121 finds that adjacent nodes 139, 138, and 133 are wirelessly reachable via communication links 221, 222, and 223, respectively. Adjacent nodes 133 and 138 can be connected to BS111. The adjacent node 139 can be connected to the BS 113. Therefore, the subset determined by user node 121 includes user nodes 139, 138, 133. FIG. 1 shows that the two reachable nodes 138 and 139 have similar distances from the user node 121 and are closer to the user node 121 than the other reachable nodes 133. Therefore, the user node 121 assigns the same distance value of 1 to the two reachable nodes 138 and 139, while the reachable node 133 is assigned a high 2 distance value. Further, it can be seen from FIG. 1 that the communication link 221 has a higher data transmission rate than the other two communication links 222 and 223. Therefore, the user node 121 allocates the available capacity values of 2, 1, and 1 to the reachable nodes 139, 138, and 133, respectively. In the selection of the target reachable node in step 530, first, the two reachable nodes 139 and 138 are selected as candidates because they have the same lowest distance value of 1. Of the two candidates, reachable node 139 has a higher available capacity value (ie, 2) than the corresponding available capacity value of reachable node 138 (ie, 1) and is therefore selected as the target reachable node. Will be done.

[0042] ノードモビリティ値６５０は、個別の到達可能ノードの移動速度の表示である。個別のユーザノードは、この値を、到達可能ノードのタイプに応じて決定することができる。例えば、到達可能ノードは、固定された住宅、又は移動体であるスマートフォンとすることができる。より低速で移動する到達可能ノードが、個別のユーザノードがデータを送信するのにより好ましいことを理解することは非常に容易である。ノードモビリティ値６５０は、低い値ほど到達可能ノードの移動速度が低いことを示すように割り当てられる。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。 [0042] The node mobility value 650 is an indication of the moving speed of individual reachable nodes. Individual user nodes can determine this value depending on the type of reachable node. For example, the reachable node can be a fixed house or a mobile smartphone. It is very easy to understand that slower reachable nodes are preferable for individual user nodes to send data. The node mobility value 650 is assigned to indicate that the lower the value, the slower the movement speed of the reachable node. In one embodiment, when the subset of nodes determined in step 510 have multiple reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user nodes use the lowest node mobility value in step 530. Then, the target reachable node is selected from the plurality of reachable nodes.

[0043] 第５の例においてユーザノード１２２について検討する。ユーザノード１２２は、通信リンク２３３、２３２、２３１をそれぞれ介して無線到達可能である隣接するノード１４５、１４６、１４７が、ＢＳ１１３又はＢＳ１１２に接続可能であることを見つける。したがって、ユーザノード１２２によって決定されるサブセットは、ユーザノード１４５、１４６、１４７を含む。また、全ての到達可能ノード１４５、１４６、１４７は、（図１から分かるように）ユーザノード１２２からの距離が同様である。したがって、３つの到達可能ノード１４５、１４６、１４７の全てに、同じ１の遠さ値が割り当てられる。図１から、到達可能ノード１４７は固定されており、到達可能ノード１４６はゆっくり移動しており、到達可能ノード１４５は速く移動していることも分かる。したがって、到達可能ノード１４７、１４６、１４５には、それぞれ、１、２、３のノードモビリティ値が割り当てられる。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、到達可能ノード１４７が、３つの到達可能ノード１４５、１４６、１４７の中で最も低いノードモビリティ値を有するので、到達可能ノード１４７が、ターゲット到達可能ノードとして選択される。 [0043] Consider the user node 122 in the fifth example. User node 122 finds that adjacent nodes 145, 146, 147, which are wirelessly reachable via communication links 233, 232, and 231 respectively, are connectable to BS113 or BS112. Therefore, the subset determined by user node 122 includes user nodes 145, 146, 147. Also, all reachable nodes 145, 146, 147 are similar in distance from the user node 122 (as can be seen from FIG. 1). Therefore, the same distance value of 1 is assigned to all three reachable nodes 145, 146, and 147. It can also be seen from FIG. 1 that the reachable node 147 is fixed, the reachable node 146 is moving slowly, and the reachable node 145 is moving fast. Therefore, reachable nodes 147, 146, and 145 are assigned node mobility values of 1, 2, and 3, respectively. In the selection of the target reachable node in step 530, the reachable node 147 has the lowest node mobility value among the three reachable nodes 145, 146, 147, so that the reachable node 147 is the target reachable node. Be selected.

[0044] リンク最新値６６０は、どのくらい最近に到達可能ノードが個別のユーザノードと通信されているかの表示である。一般に、第２の通信リンクよりも最近に用いられた第１の通信リンクの方が、第２の通信リンクよりも使用可能なままである可能性が高いと予想される。したがって、個別のユーザノードによって割り当てられるリンク最新値６６０は、第２の通信リンクを有する第２の到達可能ノードよりも、第１の通信リンクを有する第１の到達可能ノードに対して、高くすることができる。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。 [0044] Link latest value 660 is an indication of how recently reachable nodes have been communicating with individual user nodes. In general, it is expected that the first communication link used more recently than the second communication link is more likely to remain usable than the second communication link. Therefore, the link latest value 660 assigned by the individual user nodes is higher for the first reachable node with the first communication link than for the second reachable node with the second communication link. be able to. In one embodiment, when the subset of nodes determined in step 510 has multiple reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user nodes use the highest link update in step 530. Then, the target reachable node is selected from the plurality of reachable nodes.

[0045] 第６の例においてユーザノード１４３について検討する。ユーザノード１４３は、通信リンク２５１、２５２をそれぞれ介して無線到達可能である隣接するノード１４２、１４４が、ＢＳ１１３又はＢＳ１１２に接続可能であることを見つける。したがって、ユーザノード１４３によって決定されるサブセットは、ユーザノード１４２、１４４を含む。また、２つの到達可能ノード１４２、１４４は、（図１から分かるように）ユーザノード１４３からの距離が同様である。したがって、２つの到達可能ノード１４２、１４４には、同じ１の遠さ値が割り当てられる。リンク２５１が、データ通信のために、ユーザノード１４３によって最も最近に用いられると仮定する。したがって、到達可能ノード１４２には、例えば５のリンク最新値が割り当てられ、一方、低い１のリンク最新値が、到達可能ノード１４４に割り当てられる。リンク最新値は、一般に、経時変化する値であることに留意されたい。例えば、到達可能ノード１４２のリンク最新値は、通信リンク２５１がデータ通信のために再作動されるまで、時間が経過するにつれて、段階的にゼロに低下する。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、到達可能ノード１４２が、到達可能ノード１４４よりも高いリンク最新値を有するので、到達可能ノード１４２が、ターゲット到達可能ノードとして選択される。 [0045] Consider user node 143 in a sixth example. User node 143 finds that adjacent nodes 142, 144, which are wirelessly reachable via communication links 251 and 252, respectively, are connectable to BS 113 or BS 112. Therefore, the subset determined by user node 143 includes user nodes 142 and 144. Also, the two reachable nodes 142 and 144 are similar in distance from the user node 143 (as can be seen from FIG. 1). Therefore, the two reachable nodes 142 and 144 are assigned the same distance value of 1. It is assumed that link 251 is most recently used by user node 143 for data communication. Therefore, the reachable node 142 is assigned, for example, the latest link value of 5, while the latest link value of 1, which is lower, is assigned to the reachable node 144. Note that the latest link value is generally a value that changes over time. For example, the latest link value of the reachable node 142 gradually drops to zero over time until the communication link 251 is restarted for data communication. In the selection of the target reachable node in step 530, the reachable node 142 is selected as the target reachable node because the reachable node 142 has a higher link update value than the reachable node 144.

[0046] ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９のいくつかは、ネットワーク１００を経時的に動的に変化させながら、移動することができるので、より早期に識別されるターゲット到達可能ノードは、もはや個別のユーザノードに最も近いものではない可能性がある。好ましくは、ステップ５１０、５２０、５３０は、選択される到達可能ノードを更新するために、周期的に繰り返される。ステップ５４０では、ターゲット到達可能ノードが更新される必要があるとき、例えば、満了期間が経過した後、ステップ５１０、５２０、５３０は再実行される。当業者であれば、実際の状況に応じて、満了期間を決定することができると理解するであろう。例えば、ネットワーク１００は、ターゲット到達可能ノードとのリンクを確立する際の障害のイベントを収集することができる。各障害イベントでは、ステップ５３０を達成する時間と実際にターゲット到達可能ノードとのデータ通信行う時間との間の時間差が記録される。ネットワークは、全ての障害イベントの記録された時間差について統計的分析を行って、適切な満了期間を決定することができる。 [0046] Since some of the user nodes 120-122, 131-149 can move while dynamically changing the network 100 over time, the earlier identified target reachable nodes are no longer available. It may not be the closest to an individual user node. Preferably, steps 510, 520, 530 are cyclically repeated to update the reachable nodes selected. In step 540, when the target reachable node needs to be updated, for example, after the expiration period has elapsed, steps 510, 520, and 530 are re-executed. Those skilled in the art will understand that the expiration period can be determined according to the actual situation. For example, network 100 can collect failure events in establishing a link with a target reachable node. In each failure event, the time difference between the time to achieve step 530 and the time to actually perform data communication with the target reachable node is recorded. The network can perform a statistical analysis of the recorded time lags of all failure events to determine the appropriate expiration period.

[0047] 個別のユーザノードがＣＮ２０に転送すべきデータを有するとき（ステップ５４０でチェック）、個別のユーザノードは、そのアンテナアレイをターゲット到達可能ノードに向くように構成し（ステップ５５０）、その後、データをターゲット到達可能ノードに送信する（ステップ５６０）。個別のユーザノードから送信されるデータは、この個別のノードから発信することができるか、又は個別のユーザノードによって受信される別のユーザノードのデータを中継することの結果とすることができる。 [0047] When an individual user node has data to transfer to CN20 (checked in step 540), the individual user node configures its antenna array towards the target reachable node (step 550) and then. , Send data to the target reachable node (step 560). Data transmitted from an individual user node can originate from this individual node or result from relaying data from another user node received by that individual user node.

[0048] 好ましくは、ターゲット到達可能ノードに送信されるデータは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化される。これにより、ターゲット到達可能ノードとＣＮ２０との間の送信中のデータのルーティングが、個別のユーザノードには見えないようにされるということになる。これは、個別のユーザノードが、ターゲット到達可能ノードとＣＮ２０との間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放されるという利点を有する。一実施形態では、データグラムは、ＩＰｖ４又はＩＰｖ６データグラムとすることができる。 [0048] Preferably, the data transmitted to the target reachable node is packetized as a datagram according to the IP protocol. This means that the routing of data in transit between the target reachable node and the CN20 is hidden from the individual user nodes. This has the advantage that individual user nodes are relieved of the burden of handling link failure events during data transmission between the target reachable node and the CN20. In one embodiment, the datagram can be an IPv4 or IPv6 datagram.

[0049] 実際に、個別のユーザノードとターゲット到達可能ノードとの間の通信リンクが、個別のユーザノードからターゲット到達可能ノードへのデータ送信時に、失敗する可能性がある。ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、個別のユーザノードから送信されるデータを受信できないとき（ステップ５７０）、個別のユーザノードは、ＣＮ２０との接続を再確立するためのステップ５８０を実行する。ステップ５８０では、個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを破棄することによって、ノードのサブセットを更新する。そして、次のターゲット到達可能ノードが、ステップ５３０と同様の手順によって識別される。次のターゲット到達可能ノードが識別された後、個別のユーザノードは、（ステップ５５０を再実行することによって）そのアンテナアレイを次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成する。データが、（ステップ５６０を再実行することによって）次のターゲット到達可能ノードに再送信される。その結果、ネットワーク１００は、障害許容力及び自己回復力があるという利点を実現する。ターゲット到達可能ノードを再選択してデータを再送信する手順は、ＣＮ２０へのデータの送信が成功するまで繰り返される。 In fact, the communication link between the individual user node and the target reachable node can fail when sending data from the individual user node to the target reachable node. When the target reachable node cannot receive the data transmitted from the individual user node due to a link failure (step 570), the individual user node performs step 580 to reestablish the connection with the CN20. In step 580, the individual user nodes update a subset of the nodes by destroying the target reachable nodes. Then, the next target reachable node is identified by the same procedure as in step 530. After the next target reachable node is identified, the individual user nodes reconfigure their antenna array towards the next target reachable node (by re-running step 550). The data is retransmitted (by re-running step 560) to the next target reachable node. As a result, the network 100 realizes the advantages of being fault tolerant and self-healing. The procedure of reselecting the target reachable node and retransmitting the data is repeated until the data is successfully transmitted to the CN20.

[0050] 上記の第２の例では、データがユーザノード１２０からターゲット到達可能ノード１３１に送信されるとき、リンク障害が検出されると仮定する。このターゲット到達可能ノード１３１は、ユーザノード１２０によって、識別されたサブセットから破棄されて、更新されたサブセットを与える。更新されたサブセットは、２つの残りの到達可能ノード１３２、１１１を含む。到達可能ノード１３２は、到達可能ノード１１１の対応する遠さ値（すなわち、３）よりも低い遠さ値（すなわち、２）を有するので、到達可能ノード１３２が、データ送信のための次のターゲット到達可能ノードとして選択される。 [0050] In the second example above, it is assumed that a link failure is detected when data is transmitted from the user node 120 to the target reachable node 131. This target reachable node 131 is discarded from the identified subset by the user node 120 to give an updated subset. The updated subset includes the two remaining reachable nodes 132, 111. Reachable node 132 has a distance value (ie, 2) that is lower than the corresponding distance value (ie, 3) of reachable node 111, so that reachable node 132 is the next target for data transmission. Selected as a reachable node.

[0051] ネットワーク１００では、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９の各々が、個別のユーザノードの動作の詳細について上記に開示された実施形態のいずれかによるプロセスを実行するように構成されることに留意されたい。 [0051] In the network 100, each of the user nodes 120-122, 131-149 is configured to perform a process according to any of the embodiments disclosed above for details of the operation of the individual user nodes. Please note.

[0052] 上記に開示された個別のユーザノードの動作の詳細は、データを個別のユーザノードからＣＮ２０にＢＳ１１１〜１１３の１つを介して送信することに関する。ＣＮ２０又はＢＳ１１１〜１１３が、全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９からデータグラムを受信するとき、ネットワークトポロジを記述するネットワーク１００のマップは、ＢＳ１１１〜１１３から選択されるマスタＢＳによって構成することができる。マップは、定期的に更新され、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９に定期的に送信することができる。ＣＮ２０が、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９から選択される所期のユーザノードに転送すべきデータを有するたびに、全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９は、本技術分野で利用可能な技術、例えば、米国特許第７，６６４，０８２号及び米国特許第７，９４１，１４９号によって、マップを利用して、データをＣＮ２０から所期のユーザノードに送信するためのルートを決定することができる。 [0052] Details of the operation of the individual user nodes disclosed above relate to transmitting data from the individual user nodes to CN20 via one of BS 111-113. When the CN20 or BS111-113 receives datagrams from all user nodes 120-122, 131-149, the map of the network 100 describing the network topology shall consist of a master BS selected from BS111-113. Can be done. The map is updated periodically and can be periodically transmitted to user nodes 120-122, 131-149. Whenever CN20 has data to be transferred to the intended user node selected from user nodes 120-122, 131-149, all user nodes 120-122, 131-149 are available in the art. Techniques, such as US Pat. No. 7,664,082 and US Pat. No. 7,941,149, utilize maps to determine routes for transmitting data from CN20 to the intended user node. be able to.

[0053] 上記の発明の詳細な説明では、例示的な実施形態が提示されてきたが、数多くの変形が存在することを理解されたい。更に、例示的な実施形態は、単なる例にすぎず、いかなる場合も本発明の範囲、適用可能性、動作又は構成を限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、上記の詳細な説明は、当業者に、本発明の例示的な実施形態を実装するための便利なロードマップを提供し、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明される動作のステップ及び方法の機能及び構成に様々な変更が可能であることが理解されよう。 [0053] Although exemplary embodiments have been presented in the detailed description of the invention above, it should be understood that there are numerous variations. Further, it should be understood that the exemplary embodiments are merely examples and are not intended to limit the scope, applicability, behavior or configuration of the present invention in any case. Rather, the above detailed description provides those skilled in the art with a convenient roadmap for implementing exemplary embodiments of the invention and deviates from the scope of the invention as set forth in the appended claims. It will be appreciated that various changes can be made to the function and configuration of the steps and methods of operation described in the exemplary embodiments without doing so.

１０ 地理的エリア
２０ ＣＮ（コアネットワーク）
１００ 無線マルチホップ通信ネットワーク
１１１〜１１３，１２０〜１２２，１３１〜１４９ ノード
２１１，２１２，２１３ 通信リンク
２４１，２４２ 通信リンク
２５１，２５２ 通信リンク
３３７ スキャンエリア
４００ ノード
４１０ プロセッサ
４２０ トランシーバ
４３０ アンテナアレイ
４４０ アンテナ要素
５１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０，５７０，５８０ ステップ
６００ リスト
６１０ 到達可能ノードの識別情報
６２０ 到達可能ノードを位置決めするための指示方向
６３０ 遠さ値
６４０ 利用可能容量値
６５０ ノードモビリティ値
６６０ リンク最新値 10 Geographical area 20 CN (core network)
100 Wireless Multi-Hop Communication Network 111-113,120-122,131-149 Nodes 211,212,213 Communication Links 241,242 Communication Links 251,252 Communication Links 337 Scan Area 400 Nodes 410 Processor 420 Transceiver 430 Antenna Array 440 Antenna Elements 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580 Step 600 List 610 Reachable node identification information 620 Directive direction for positioning reachable nodes 630 Distance value 640 Available capacity value 650 Node mobility value 660 Link latest value

Claims (18)

地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含む無線マルチホップ通信ネットワークであって、前記ノードは、１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）と、複数のユーザノードとからなり、前記１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）は、コアネットワーク（ＣＮ）に接続され、前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含み、個別のユーザノードは、
前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別し、前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能であり、
前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定し、前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さ（ｆａｒｎｅｓｓ）の度合いを示すための遠さ値を含み、
ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにし、前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっていることによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができ、
前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを、前記ターゲット到達可能ノードを向く方向に向くように構成して、前記方向ではない他のノードへの干渉を最小にし、これによりネットワークの形成及び作動を実現可能にして、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信する、
ように構成される、
ことを特徴とするネットワーク。 A wireless multi-hop communication network containing a plurality of nodes distributed over a geographical area, wherein the node comprises one or more base stations (BS) and a plurality of user nodes, and the one or more nodes. Further base stations (BS) are connected to the core network (CN), each of the nodes contains an antenna array for adaptive beam forming, and individual user nodes
The antenna array of the individual user nodes scans the surrounding area of the individual user nodes to identify a subset of the nodes, and each node within the subset can wirelessly communicate with the individual user node. It is a reachable node and can connect to the CN directly via communication with at least one BS or indirectly via a route involving at least one other user node.
A plurality of node-specific information items for individual reachable nodes in the subset are determined, and the node-specific information items are the distance between the individual reachable nodes and the individual user nodes (the distance between the individual reachable nodes and the individual user nodes. Includes a distance value to indicate the degree of farness)
A target reachable node is selected so that data communication between the individual user node and the CN is performed via the target reachable node, and the target reachable node is the subset of the node. Selected from, having the lowest distance value of one or more reachable nodes in the subset, all of the one or more BSs can communicate directly with the individual user node. When not necessarily, the individual user node is still communicable with the CN by multi-hop communication to at least one BS via the target reachable node. The total number of one or more BSs sufficient to support data communication between the CN and all said user nodes has been reduced compared to a scenario without multihop communication over the same geographic area. Can be
When the individual user node has data to be transferred to the CN, the antenna array of the individual user node is configured to face the target reachable node and other non- target directions. Transmits the data to the target reachable node by minimizing interference to the node, thereby making network formation and operation feasible.
Is configured as
A network characterized by that. 前記個別のユーザノードは、更に、
前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返す、
ように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The individual user node further
Scan the surrounding area to update the subset, determine the plurality of node specific information items for each reachable node in the subset after the update, and select the selected target reachable node. Periodically repeating updating,
Is configured as
The network according to claim 1. 前記個別のユーザノードは、更に、
前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを、前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信することによって、前記ネットワークを、障害許容力及び自己回復力があるものにする、
ように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The individual user node further
When the target reachable node cannot receive the data transmitted from the individual user node due to a link failure, the target reachable node is updated by destroying the target reachable node to update the next target reachable node. By reconfiguring the antenna array of the individual user nodes towards the next target reachable node and retransmitting the data to the next target reachable node. Make the network fault tolerant and self-healing,
Is configured as
The network according to claim 1. 前記遠さ値は、前記個別のユーザノードによって受信され前記個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて決定されることを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The network according to claim 1, wherein the distance value is determined according to the signal strength of a radio signal received by the individual user node and transmitted from the individual reachable node. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含み、
前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The node specific information item further includes an available capacity value to indicate the available data transmission capacity supported by the individual reachable node.
The individual user nodes further reach the target from the plurality of reachable nodes using the highest available capacity value when the subset has a plurality of reachable nodes having the same lowest distance value. Configured to select possible nodes,
The network according to claim 1. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含み、
前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The node specific information item further includes a node mobility value for indicating the moving speed of the individual reachable node.
The individual user nodes can further reach the target from the plurality of reachable nodes using the lowest node mobility value when the subset has a plurality of reachable nodes having the same lowest distance value. Configured to select a node,
The network according to claim 1. 前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含み、
前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The node specific information item further includes a link update value to indicate how recently the individual reachable node has been communicating with the individual user node.
The individual user nodes can further reach the target from the plurality of reachable nodes using the highest link latest value when the subset has multiple reachable nodes having the same lowest distance value. Configured to select a node,
The network according to claim 1. 前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにして、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。 The data transmitted to the target reachable node is packetized as a datagram according to the IP protocol, and the routing of the transmitting data between the target reachable node and the CN is performed by the individual user node. Invisible to, frees the individual user node from the burden of handling link failure events during data transmission between the target reachable node and the CN.
The network according to claim 1. 前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムであることを特徴とする、請求項８に記載のネットワーク。 The network according to claim 8, wherein the datagram is an IPv6 datagram. 無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法であって、前記ネットワークは、地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含み、前記ノードは、１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）と、複数のユーザノードとからなり、前記１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）は、コアネットワーク（ＣＮ）に接続され、前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含み、前記方法は、
個別のユーザノードによって、その前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別するステップであって、前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能である、ステップと、
前記個別のユーザノードによって、前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定するステップであって、前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を含む、ステップと、
前記個別のユーザノードによって、ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにするステップであって、前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっていることによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができる、ステップと、
前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを、前記ターゲット到達可能ノードを向く方向に向くように構成し、その後、前記方向にはない他のノードへの干渉を最小にし、これによりネットワークの形成及び作動を実現可能にして、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信するように、前記個別のユーザノードを構成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 A method for operating a wireless multi-hop communication network, wherein the network includes a plurality of nodes distributed over a geographical area, the nodes being one or more base stations (BS) and a plurality of nodes. The one or more base stations (BS) are connected to a core network (CN), each of which comprises an antenna array for adaptive beam forming, wherein the method comprises ,
A step of scanning the surrounding area of the individual user nodes by the individual user nodes by the antenna array to identify a subset of the nodes, wherein each node in the subset is the individual user node. A reachable node that can wirelessly communicate with the CN, and can connect to the CN directly via communication with at least one BS or indirectly via a route that includes at least one other user node in between. Is the step and
A step of determining a plurality of node-specific information items for individual reachable nodes in the subset by the individual user nodes, wherein the node-specific information items are the individual reachable nodes and the individual reachable nodes. A step and a step that contains a distance value to indicate the degree of distance of the location to and from the user node.
A step of selecting a target reachable node by the individual user node so that data communication between the individual user node and the CN is performed via the target reachable node. The target reachable node is selected from the subset of the nodes and has the lowest distance value of one or more reachable nodes in the subset of the one or more BSs. When not all are directly communicable with the individual user node, the individual user node still communicates with the CN by multi-hop communication to at least one BS via the target reachable node. By being capable, the total number of one or more BSs sufficient to support data communication between the CN and all the user nodes is multi-layered over the same geographic area. Steps that can be reduced compared to scenarios that do not use hop communication,
When the individual user node has data to be transferred to the CN, the antenna array of the individual user node is configured to face the target reachable node and then not in the direction. The steps of configuring the individual user nodes to transmit the data to the target reachable node by minimizing interference with other nodes, thereby making network formation and operation feasible.
A method characterized by including. 更に、
前記個別のユーザノードによって、前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返すステップ、
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 In addition
The individual user nodes scan the surrounding area to update the subset, determine after the update the plurality of node-specific information items for each reachable node in the subset, and select. A step that periodically repeats updating the targeted reachable node,
10. The method of claim 10. 更に、
前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、前記個別のユーザノードを、
前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信することによって、前記ネットワークを障害許容力及び自己回復力があるものにする、
ように構成するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 In addition
When the target reachable node cannot receive the data transmitted from the individual user node due to a link failure, the individual user node is referred to.
The subset is updated by destroying the target reachable node to select the next target reachable node so that the antenna array of the individual user node points towards the next target reachable node. And retransmit the data to the next target reachable node to make the network fault tolerant and self-healing.
Steps to configure,
10. The method of claim 10. 更に、
前記個別のユーザノードによって受信され前記個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて、前記遠さ値を決定するステップ、
を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 In addition
The step of determining the distance value according to the signal strength of the radio signal received by the individual user node and transmitted from the individual reachable node.
10. The method of claim 10. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含み、
前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 The node specific information item further includes an available capacity value to indicate the available data transmission capacity supported by the individual reachable node.
The method further comprises the plurality of reachable nodes using the highest available capacity value by the individual user nodes when the subset has a plurality of reachable nodes having the same lowest distance value. Including the step of selecting the target reachable node from
10. The method of claim 10. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含み、
前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 The node specific information item further includes a node mobility value for indicating the moving speed of the individual reachable node.
The method further describes that when the subset has a plurality of reachable nodes with the same lowest distance value, the individual user nodes use the lowest node mobility value from the plurality of reachable nodes. Including the step of selecting the target reachable node.
10. The method of claim 10. 前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含み、
前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 The node specific information item further includes a link update value to indicate how recently the individual reachable node has been communicating with the individual user node.
The method further comprises that when the subset has a plurality of reachable nodes having the same lowest distance value, the individual user nodes use the highest link update value from the plurality of reachable nodes. Including the step of selecting the target reachable node.
10. The method of claim 10. 前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにして、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する、
ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 The data transmitted to the target reachable node is packetized as a datagram according to the IP protocol, and the routing of the transmitting data between the target reachable node and the CN is performed by the individual user node. Invisible to, frees the individual user node from the burden of handling link failure events during data transmission between the target reachable node and the CN.
10. The method of claim 10. 前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。 The method of claim 17, wherein the datagram is an IPv6 datagram.
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